Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
食物や個体から発せられる匂いを検出し、それらがもたらしうる快楽や危険性を正しく評価することは、動物が適切な行動を選択する上で必要不可欠である。特に飛行中の動物には、時々刻々と変動する匂いを瞬時に認識することが求められるが、その神経機構は良く分かっていない。匂いは、嗅覚一次中枢において糸球体群の活動パターンとして表現される。先行研究は、匂いに対する生得的反応は、特定少数の糸球体の活動によって決定されることを示唆してきた。しかし、一般に匂いは複数の糸球体を興奮させる。匂いの快楽に関する情報が、糸球体群にどのように表現され、それがどのような様式で読み出されるかは、未解決の問題である。そこで我々は、哺乳類に比べて糸球体の数が極めて少なく、匂い表現を俯瞰しやすいショウジョウバエ成虫の嗅覚系を用いてこの問題に取り組んだ。匂い刺激や視覚刺激を動物の行動に応じて自由に制御できる仮想空間を作成し、そこで飛行する個体の、多様な匂いに対する応答を記録した。一方、嗅覚一次中枢の出力細胞である投射細胞にカルシウムプローブを発現させて二光子イメージングを行い、大半の糸球体から神経活動を取得した。その結果、ハエは匂いの種類に応じて誘引から忌避まで多様な反応を示し、しかも匂いと接触してから200 ms以内に素早く行動選択することが分かった。そしてこの行動は、匂い提示直後の糸球体群活動の線型結合で定量的に説明できた。各糸球体は固有の重みで誘引もしくは忌避に寄与した。このデコーディングモデルは既存データを説明するのみならず、新規の匂いに対する行動も予測したので、汎用性を備えることが分かった。また、線型性の当然の帰結として、匂いの神経表現を徐々に変化させるとそれに比例して行動が変化した。以上の結果より、高次領域は固有の重みを持つ複数の糸球体の活動を統合し、迅速に匂いの快楽情報を解読することが示唆された。
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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Neuroscience
Volume: 296 Pages: 3-14
10.1016/j.neuroscience.2014.06.035
http://kazama.brain.riken.jp/index_jp.php
